Различные по химическому составу твёрдые материалы и вещества горят неодинаково. Простые (сажа, древесный уголь, кокс, антрацит), представляющие собой химически чистый углерод, накаляются или тлеют без образования искр, пламени и дыма. Это объясняется тем, что они не нуждаются в разложении перед тем, как вступить в соединение с кислородом воздуха. Такое (беспламенное) горение обычно протекает медленно и называется гетерогенным (или поверхностным) горением. Горение сложных по химическому составу твёрдых горючих материалов (древесина, хлопок, каучук, резина, пластмасса и др.) протекает в две стадии: 1) разложение, процессы которого не сопровождаются пламенем и излучением света; 2) собственно горение, характеризующееся наличием пламени или тления. Таким образом, сложные вещества сами не горят, а горят продукты их разложения. Если они сгорают в газообразной фазе, то такое горение называют гомогенным .
Характерной особенностью горения химически сложных материалов и веществ является образование пламени и дыма. Пламя образуют светящиеся газы, пары и твёрдые вещества, в которых протекают обе стадии горения.
Дым представляет собой сложную смесь продуктов горения, содержащих в себе твёрдые частицы. В зависимости от состава горючих веществ, их полного или неполного сгорания дым имеет определённый цвет и запах.
Большинство пластмасс и искусственных волокон сгораемы. Они горят с образованием разжиженных смол, в значительном количестве выделяют окись углерода, хлористый водород, аммиак, синильную кислоту и другие токсичные вещества.
Сгораемые жидкости более пожароопасны, чем твёрдые горючие вещества, так как они легче воспламеняются, интенсивнее горят, образуют взрывчатые паровоздушные смеси. Сгораемые жидкости сами по себе не горят. Горят их пары, находящиеся над поверхностью жидкости. Количество паров и скорость их образования зависят от состава и температуры жидкости. Горение же паров в воздухе возможно только при определённых их концентрациях, зависящих от температуры жидкости.
Для характеристики степени пожарной опасности сгораемых жидкостей принято использовать температуру вспышки. Чем ниже температура вспышки, тем опаснее жидкость в пожарном отношении. Температура вспышки определяется по специальной методике и используется для классификации сгораемых жидкостей по степени их пожарной опасности.
Горючая жидкость (ГЖ) - это жидкость, способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки более 61 °С. Легковоспламеняющаяся жидкость (ЛВЖ) - это жидкость, имеющая температуру вспышки до 61 °С. Самую низкую температуру вспышки (-50 ?С) имеет сероуглерод, самую высокую – льняное масло (300 ?С). Ацетон имеет температуру вспышки минус 18, этиловый спирт – плюс 13 ?С.
Для ЛВЖ температура воспламенения больше температуры вспышки обычно на несколько градусов, а для ГЖ на - 30…35 ?С.
Температура самовоспламенения значительно выше температуры воспламенения. Например, ацетон может самовоспламеняться при температуре более 500 ?С, бензин – около 300 ?С.
К другим важным свойствам (в пожарном отношении) сгораемых жидкостей следует отнести высокую плотность паров (тяжелее воздуха); малую плотность жидкостей (легче воды) и нерастворимость большинства из них в воде, что не позволяет применять для тушения воду; способность при движении накапливать статическое электричество; большую теплоту и скорость сгорания.
Горючие газы (ГГ) представляют большую опасность не только потому, что горят, но и потому, что способны образовывать взрывчатые смеси с воздухом или другими газами. Таким образом, все горючие газы являются взрывоопасными. Однако горючий газ способен образовывать взрывчатые смеси с воздухом только при определённой концентрации. Наименьшая концентрация горючего газа в воздухе, при которой уже возможно воспламенение (взрыв), называется нижним концентрационным пределом воспламенения (НКПВ) . Наибольшая концентрация горючего газа в воздухе, при которой еще возможно воспламенение, называется верхним концентрационным пределом воспламенения (ВКПВ) . Область концентраций, лежащая внутри этих границ, называется областью воспламенения . НКПВ и ВКПВ измеряются в % к объёму горючей смеси. При концентрации горючего газа меньше, чем НКПВ и больше, чем ВКПВ смесь горючего газа с воздухом не воспламеняется. Горючий газ тем опаснее во взрывопожарном отношении, чем больше область воспламенения и ниже НКПВ. Например, область воспламенения аммиака 16…27 %, водорода 4…76 %, метана 5…16 %, ацетилена 2,8…9З %, окиси углерода 12,8…75 %. Таким образом, наибольшей взрывоопасностью обладает ацетилен, имеющий самую большую область воспламенения и самый низкий НКПВ. К другим опасным свойствам горючих газов относятся большая разрушительная сила взрыва и способность к образованию статического электричества при движении по трубам.
Горючие пыли образуются в процессе производства при обработке некоторых твёрдых и волокнистых материалов и представляют значительную пожарную опасность. Твёрдые вещества в сильно раздробленном и взвешенном состоянии в газообразной среде создают дисперсную систему. Когда дисперсной средой является воздух, такая система называется аэрозолью . Осевшую из воздуха пыль называют аэрогелем . Аэрозоли способны образовывать взрывчатые смеси, а аэрогели могут тлеть и гореть.
Пыли по пожарной опасности во много раз превосходят продукт, из которого они получены, так как пыль имеет большую удельную поверхность. Чем мельче частицы пыли, тем больше развита у неё поверхность и тем пыль опаснее в отношении воспламенения и взрыва, так как химическая реакция между газом и твёрдым веществом, как правило, протекает на поверхности последнего и скорость реакции увеличивается по мере увеличения поверхности. Например, 1 кг каменноугольной пыли может сгореть за доли секунды. Алюминий, магний, цинк в монолитном состоянии обычно не способны гореть, но в виде пыли они способны взрываться в воздухе. Алюминиевая пудра может самовозгораться в состоянии аэрогеля.
Наличие большой поверхности у пыли обусловливает её высокие адсорбционные способности. Кроме того, пыль обладает способностью приобретать заряды статического электричества в процессе её движения, из-за трения и ударов частиц одна о другую. При транспортировке пыли по трубопроводам накопленный ею заряд может возрастать и зависит от вещества, концентрации, размеров частиц, скорости движения, влажности среды и других факторов. Наличие электростатических зарядов может привести к образованию искр, воспламенению пылевоздушных смесей.
Однако пожаро- и взрывоопасные свойства пыли определяются главным образом по температуре её самовоспламенения и нижнему концентрационному пределу взрываемости.
В зависимости от состояния любая пыль имеет две температуры самовоспламенения: для аэрогеля и для аэрозоля. Температура самовоспламенения аэрогеля значительно ниже, чем аэрозоля, т.к. высокая концентрация горючего вещества у аэрогеля благоприятствует аккумуляции тепла, а наличие расстояния между пылинками у аэрозоля увеличивает потери тепла в процессе окисления при самовоспламенении. Температура самовоспламенения зависит также от степени измельчённости вещества.
Нижний концентрационный предел взрываемости (НКПВ) - это наименьшее количество пыли (г/м3) в воздухе, при котором происходит взрыв при наличии источника зажигания. Все пыли делят на две группы. К группе А относятся взрывоопасные пыли с НКПВ до 65 г/м3. В группу Б входят пожароопасные пыли, имеющие НКПВ выше 65 г/м3.
В производственных помещениях концентрация пыли обычно значительно ниже нижних пределов взрываемости. Верхние пределы взрываемости пыли настолько велики, что практически недостижимы. Так, концентрация верхнего предела взрыва сахарной пыли 13500, а торфяной - 2200 г/м3.
Воспламенившаяся мелкодисперсная пыль в состоянии аэрозоля может сгорать со скоростью горения газовоздушной смеси. При этом может повышаться давление в связи с образованием газообразных продуктов горения, объём которых в большинстве случаев превышает объем смеси, и вследствие их нагревания до высокой температуры, что тоже вызывает увеличение их объёма. Способность пыли взрываться и величина давления при взрыве во многом зависят от температуры источника воспламенения, влажности пыли и воздуха, зольности, дисперсности пыли, состава воздуха и температуры пылевоздушной смеси. Чем выше температура источника воспламенения, тем при более низкой концентрации пыль может взорваться. Увеличение влагосодержания воздуха и пыли уменьшает интенсивность взрыва.
О пожароопасных свойствах газов, жидкостей и твёрдых веществ можно судить по коэффициенту горючести К , который определяют по формуле (если вещество имеет химическую формулу или её можно вывести из элементарного состава)
K = 4C + 1H + 4S - 2O - 2CI - 3F - 5 Br ,
где С, Н, S, O, Cl, F, Br – количество атомов соответственно углерода, водорода, серы, кислорода, хлора, фтора и брома в химической формуле вещества.
При К? 0 вещество негорючее, при К > 0 – горючее. Например, коэффициент горючести вещества, имеющего формулу С5НО4, будет равен: К = 4·5+1·1-2·4=13.
Используя коэффициент горючести, можно достаточно точно определять нижние концентрационные пределы воспламенения горючих газов ряда углеводородов по формуле НКПВ = 44 / К .
Конспект по безопасности жизнедеятельности
Тушение пожаров ЛВЖ и ГЖ опирается на анализе всех вариантов их развития. Возгорания, происходящие в резервуарах, более продолжительные, потому требуют большое количество средств и сил для ликвидации.
Резервуары для хранения ЛВЖ и ГЖ
Для целей хранения ЛВЖ и ГЖ используются емкости из металла, железобетона, льдогрунта и синтетического материала. Самыми популярными считаются резервуары из стали. Их классифицируют по конструкции и вместимости на:
- вертикальные в форме цилиндра, имеющие коническую или сферическую крышу, объемом в 20 тыс.куб.м для хранения ЛВЖ и 50 тыс.куб.м для хранения ГЖ;
- вертикальные в форме цилиндра, имеющие стационарную крышу и плавающий понтон, объемом в 50 тыс.куб.м;
- вертикальные в форме цилиндра, имеющие плавающую крышу, объемом в 120 тыс.куб.м.
Процесс развития пожара в резервуаре
Тушение пожаров резервуарных парков хранения ЛВЖ, ГЖ зависит от сложности процесса развития возгорания. Горение начинается по причине взрыва газовоздушной смеси при наличии источника зажигания. Образование загазованной среды происходит из-за свойств ГЖ и ЛВЖ, а также режимов эксплуатации и климатических условий вокруг резервуара. Взрываясь, газовоздушная смесь на высокой скорости устремляется вверх, часто срывая крышу емкости, после чего начинается воспламенение по всей поверхности хранимой горючей жидкости.
Дальнейшая судьба пламени будет зависеть от того участка, где оно началось, его габаритов, огнестойкости конструкции резервуара, погодных условий, действий работников и противопожарных систем.
При хранении ГЖ и ЛВЖ, к примеру, в резервуарах из железобетона при взрыве разрушается его часть, а горение начинается именно на этом участке, что в течение последующих 30 минут приводит к полному разрушению емкости и распространению пожара. Остальные типы емкостей при отсутствии охлаждения со стороны в течение 15 минут деформируются, провоцируя разлив ЛВЖ и распространение огня.
Пенное пожаротушение
Тушение ЛВЖ и ГЖ пеной низкой и средней кратности – самый востребованный способ борьбы с пламенем. Преимущество пены состоит в том, что она изолируется поверхность горючей жидкости от пламени, что приводит к уменьшению ее испарения и, соответственно, объема горючих газов в воздухе. При этом образуется раствор пенообразователя, обладающего охлаждающими свойствами. Таким образом достигается конвективный тепломассобмен, а температурный уровень становится одинаковым по всей глубине емкости за 15 минут от начала применения пены.
Тушение пеной
Тушение легковоспламеняющихся жидкостей с помощью пенного раствора различной кратности зависит от того, где происходит горение:
- низкая кратность для нижней части емкости, используется для «подслойного» метода тушения, в составе огнетушащего вещества содержится фторсодержащий пленкообразующий пенообразователь, благодаря которому при подъеме пены через слой горючего содержимого, она не насыщается парами углеводородов, сохраняет огнегасящие способности; получают при помощи стволов низкократной пены;
- средняя кратность для поверхностного тушения, пена также инертна, не взаимодействует с парами ЛВЖ, охлаждает жидкость, способствует уменьшению образования взрывовоздушной смеси; получают с помощью специализированных пеногенераторов по типу ГПС.
После того, как тушение ЛВЖ и ГЖ закончено, на поверхности жидкости образуется толстый пенный слой, защищающий ее возобновления горения.
При подаче огнетушащей пены очаг пламени следует соблюдать интенсивность в 0,15 л/с.
Осуществить пенное пожаротушение допускается тремя методами:
- доставка пенообразователя при помощи пеноподъемника и другой подобной техники;
- доставка пены к поверхности горящих ЛВЖ и ГЖ при помощи мониторов;
- доставка пены посредством подслойного тушения.
Водяное пожаротушение
При отсутствии возможности организовать тушение пожаров ЛВЖ с помощью пены допускается применять распыленную воду, которая способствует охлаждению горючего содержимого до температуры, при которой невозможна его вспыхивание.
При этом интенсивность подачи водяного раствора должна быть не меньше 0,2 л/с.
Порошковое тушение
Тушение пожаров в резервуарных парках хранения ЛВЖ с помощью порошка подходит для тех ситуаций, когда горение происходит в районе задвижек, фланцевых соединений или зазорах между крышей и стенкой емкости. Интенсивность подачи должна превышать 0,3 кг/с. Порошок не способен охладить жидкость, потому может потребоваться повторное тушение ЛВЖ.
Тушение порошком – только для незначительных возгораний и быстрого тушения
Во избежание подобных ситуаций порошковое пожаротушение комбинируют с пенным следующими способами:
- максимальное тушение пламени пенным раствором, после чего с помощью порошка локализуют отдельные очаги пламени;
- ликвидация пламени с помощью порошковой составляющей с последующей подачей пенообразователя для охлаждения поврежденной поверхности и предотвращения возобновления горения.
В этом случае объем подаваемых огнетушащих средств уменьшать запрещено.
План борьбы с огнем в резервуарах
Тушение ЛВЖ и ГЖ в резервуарах целесообразно начинать с оценивания сложившейся обстановки, а также с расчета требуемых средств и сил. На случай подобной аварийной ситуации должна быть организована добровольная пожарная охрана, руководитель которой будет ответственным лицом за управление процессом ликвидации пламени и распределение задач между участниками пожаротушения.
Ответственное лицо должно определить объем территории, на которой будут производиться работы по тушению, организовать устранение посторонних лиц в опасную зону.
По прибытию к месту возгорания руководитель проводит разведку и указывает другим участникам пожаротушения участки, куда должны быть брошены максимальные силы.
На протяжении всей работы в задачи руководителя входит и обеспечение всеми доступными силами и средствами охлаждения ЛВЖ и ГЖ в резервуарах, а также выбор оптимального метода борьбы с огнем.
Когда основные силы брошены на работу с горящей емкостью важно защитить соседние резервуары на случай, если поврежденный разрушится, либо образовавшая газовоздушная смесь взорвется. Именно с этой целью всей пожарные машины устанавливают на безопасном расстоянии, а к месту работ прокладывают рукавные линии.
Тушение резервуарных парков ЛВЖ и ГЖ напрямую зависит от продолжительности горения, характера образовавшихся разрушений резервуаров, объема хранящихся жидкостей в поврежденном и соседних емкостях, вероятность взрыва и последующего аварийного разлива содержимого.
При проектировании и строительстве резервуарных парков должна быть предусмотрена канализация, в которую возможен отвод воды в процесс пожаротушения, а также проектируются устройства для аварийного откачивания содержимого в безопасный резервуар.
Как охлаждают резервуары при пожаротушении
Тушение пожаров ЛВЖ и ГЖ в резервуарах должно в обязательном порядке сопровождаться охлаждением содержимого поврежденной емкости. Последнюю требуется охлаждать на протяжении всей длины ее окружности. В отношении соседних резервуаров также есть требование об обязательном охлаждении, но только вдоль всей длины полуокружности емкости с той стороны, которая обращена в зоне горения. В некоторых случаях допускается не проводить процедуру охлаждения соседних емкостей, если угрозы перебрасывания пламени не наблюдается. Подача воды для целей охлаждения должна быть с интенсивностью не менее 1,2 л/с.
Для тушения резервуаров с ГЖ и ЛВЖ объемом в 5 тыс.куб.м рекомендуется применят лафетные стволы, которые не только обеспечивают требуемую мощность водоотдачи, но и имеют режим орошения горящего объекта.
Очередность работы с соседними неповрежденными емкостями такова, что первыми защищаются и охлаждаются те, которые расположены с подветренной стороны от места пожара.
Продолжительность работы определяется до тех пор, пока пламя не будет полностью ликвидировано, а уровень температуры внутри емкости не нормализуется.
Опасные зоны при горении в резервуарных парках
Тушение пожаров ЛВЖ и ГЖ также должно осуществляться с учетом опасных факторов и зон, которые могут уменьшить эффективность мероприятий по пожаротушению:
- Формирование зон, куда невозможно доставить огнетушащее вещество.
- Прогрев горючего содержимого резервуара на глубину 1 м и более.
- Пониженная температура воздуха вокруг места пожара.
- Загорание нескольких емкостей одновременно.
Тушение реального пожара розлива ЛВЖ большой площади Ангарск 2014:
Post Views: 2 734
Предприятия, на которых перерабатываются или используются горючие жидкости, представляют собой большую пожарную опасность. Это объясняется тем, что горючие жидкости легко воспламеняются, интенсивнее горят, образуют взрывоопасные паровоздушные смеси и плохо поддаются тушению водой.
Горение жидкостей
происходит только в паровой фазе. Скорость испарения и количество паров жидкости зависят от ее природы и температуры. Количество насыщенных паров над поверхностью жидкости зависит от ее температуры и атмосферного давления. В состоянии насыщения число испаряющихся молекул равно числу конденсирующихся, и концентрация пара остается постоянной. Горение паровоздушных смесей возможно только в определенном диапазоне концентраций, т.е. они характеризуются концентрационными пределами распространения пламени (НКПРП и ВКПРП).
Нижние (верхние) концентрационные пределы распространения пламени
– минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.
Концентрационные пределы
могут быть выражены через температуру (при атмосферном давлении). Значения температуры жидкости, при которых концентрация насыщенных паров в воздухе над жидкостью равна концентрационным пределам распространения пламени, называются температурными пределами распространения пламени (воспламенения) (нижним и верхним соответственно – НТПРП и ВТПРП).
Таким образом, процесс воспламенения и горения жидкостей можно представить следующим образом. Для воспламенения необходимо, чтобы жидкость была нагрета до определенной температуры (не меньше нижнего температурного предела распространения пламени). После воспламенения скорость испарения должна быть достаточной для поддержания постоянного горения. Эти особенности горения жидкостей характеризуются температурами вспышки и воспламенения.
В соответствии с ГОСТ 12.1.044 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов
", температурой вспышки называется наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает. Температура вспышки соответствует нижнему температурному пределу воспламенения.
Температуру вспышки
используют для оценки воспламеняемости жидкости, а также при разработке мероприятий для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности ведения технологических процессов.
Температурой воспламенения
называется наименьшее значение температуры жидкости, при котором интенсивность испарения ее такова, что после зажигания внешним источником возникает самостоятельное пламенное горение.
В зависимости от численного значения температуры вспышки жидкости подразделяются на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ).
К легковоспламеняющимся жидкостям относятся жидкости с температурой вспышки не более 61 о С в закрытом тигле или 66 о С в открытом тигле.
Для ЛВЖ температура воспламенения обычно на 1-5 о С выше температуры вспышки, а для горючих жидкостей эта разница может достигать 30-35?С.
В соответствии с ГОСТ 12.1.017-80, в зависимости от температуры вспышки ЛВЖ подразделяются на три разряда.
Особо опасные ЛВЖ
– с температурой вспышки от -18 о С и ниже в закрытом тигле или от -13 о С и ниже в открытом тигле. К особо опасным ЛВЖ относятся ацетон, диэтиловый спирт, изопентан и др.
Постоянно опасные ЛВЖ
– это горючие жидкости с темпе-ратурой вспышки от -18 о С до +23 о С в закрытом тигле или от -13 о С до +27 о С в открытом тигле. К ним относятся бензил, толуол, этило-вый спирт, этилацетат и др.
Опасные при повышенной температуре ЛВЖ
– это горючие жидкости с температурой вспышки от 23 о С до 61 о С в закрытом тигле. К ним относятся хлорбензол, скипидар, уайт-спирит и др.
Температура вспышки жидкостей
, принадлежащих к одному классу (жидкие углеводороды, спирты и др.), закономерно изменяется в гомологическом ряду, повышаясь с увеличением молекулярной массы, температуры кипения и плотности. Температуру вспышки определяют экспериментальным и расчетным путем.
Экспериментально температуру вспышки определяют в при-борах закрытого и открытого типа:
– в закрытом тигле на приборе Мартенса-Пенского
по методике, изложенной в ГОСТ 12.1.044-89, – для нефтепродуктов;
– в открытом тигле на приборе ТВ ВНИИПО
по методике, приведенной в ГОСТ 12.1.044-89, – для химических органических продуктов и на приборе Бренкена по методике, изложен-ной в том же ГОСТе, – для нефтепродуктов и масел.
Взрыво- и пожароопасность веществ зависит от их агрегатного состояния (газообразные, жидкие, твердые), физико-химических свойств, условий хранения и применения.
Основными показателями, характеризующими пожарную опасность горючих газов являются концентрационные пределы воспламенения, энергия зажигания, температура горения, нормальная скорость распространения пламени и др.
Горение смеси газа с воздухом возможно в определенных пределах, называемых концентрационными пределами воспламенения. Минимальные и максимальные концентрации горючих газов в воздухе, способные воспламеняться, называются соответственно нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения.
Энергия зажигания определяется минимальной энергией искры электрического разряда, воспламеняющей данную газовоздушную смесь. Величина энергии зажигания зависит от природы газа и концентрации. Энергия зажигания является одной из основных характеристик взрывоопасных сред при решении вопросов обеспечения взрывобезопасности электрооборудования и разработке мероприятий по предупреждению образования статического электричества.
Температура горения - это температура продукта химической реакции при горении смеси без тепловых потерь. Она зависит от природы горючего газа и концентрации его смеси. Наибольшая температура горения для большинства горючих газов составляет 1600-2000 °С.
Нормальной скоростью распространения пламени называется скорость, с которой движется граничная поверхность между сгоревшей и несгоревшей частями смеси относительно несгоревшей. Численно нормальная скорость пламени равна количеству (объему) горючей смеси, выгорающей на единице площади пламени в единицу времени. Нормальная скорость пламени зависит от природы газа и концентрации его смеси. Для большинства горючих газов нормальная скорость пламени находится в пределах 0,3-0,8 м/с.
Нормальная скорость пламени является одной из основных физико-химических характеристик, определяющих свойства смеси, и определяющих скорость сгорания и соответственно время взрыва. Чем больше нормальная скорость пламени, тем меньше время взрыва и тем более жесткие его параметры.
Горение легковоспламеняющихся и горючих жидкостей происходит только в паровой фазе . Горение паров в воздухе, также как и газов, возможно и в определенном диапазоне концентраций. Так как Максимально возможное содержание пара в воздухе не может быть больше, чем в состоянии насыщения, то концентрационные пределы воспламенения могут быть выражены через температуру. Значения температуры жидкости, при которых концентрация насыщенных паров в воздухе над жидкостью равна концентрационным пределам воспламенения, называется температурными пределами воспламенения (нижним и верхним соответственно).
Таким образом, для воспламенения и горения жидкости необходимо, чтобы жидкость была нагрета до температуры, не меньшей, чем нижний температурный предел воспламенения. После воспламенения скорость испарения должна быть достаточной для поддержания постоянного горения. Эти особенности горения жидкостей характеризуются температурами вспышки и воспламенения.
Температурой вспышки называется наименьшее значение температуры жидкости, при которой над ее поверхностью образуется паровоздушная смесь, способная вспыхивать от постороннего источника зажигания. При этом устойчивого горения жидкости не возникает.
По температуре вспышки жидкости делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ),. температура вспышки которых не превышает 45 °С (спирты, ацетон, бензин и др.) и горючие (ГЖ), температура вспышки которых более 45 °С (масла, мазуты, глицерин и др.).
Температурой воспламенения называется наименьшее значение температуры жидкости, при которой интенсивность испарения ее такова, что после зажигания внешним источником возникает самостоятельное пламенное горение. Для ЛВЖ температура воспламенения обычно на 1-5 °С выше температуры вспышки, а для ГЖ эта разница может достигать 30-35 °С.
Паровоздушные смеси, также как и газовоздушные, являются взрывоопасными. Их взрывоопасность характеризуется параметрами, определяющими взрывоопасность газовоздушных смесей, - энергией зажигания, температурой горения, нормальной скоростью распространения пламени и др.
Пожарная опасность твердых горючих веществ и материалов характеризуется теплотворной способностью 1 кг вещества, температурами горения, самовоспламенения и воспламенения, скоростью выгорания и распространения горения по поверхности материалов.
Пожаро- и взрывоопасные свойства пылей определяются концентрациями пылевоздушной смеси, наличия источника зажигания с достаточной тепловой энергией, размера пылинок и др.
Мелкие частицы твердых горючих веществ размеров 10~5-10~7 см могут долгое время находиться в воздухе во взвешенном состоянии, образуя дисперсную систему - аэровзвесь. Для воспламенения аэровзвеси необходимо, чтобы концентрация пыли в воздухе была не менее нижнего концентрационного предела воспламенения. Верхний концентрационный предел воспламенения пылевоздушной смеси в большинстве случаев является очень высоким и трудно достижимым (для торфяной пыли - 2200 г/м3, сахарной пудры - 1350 г/м3).
Тепловая энергия источника зажигания для воспламенения пылевоздушной смеси должна быть порядка нескольких МДж и более.
В зависимости от значения нижнего концентрационного предела воспламенения пыли подразделяются на взрывоопасные и пожароопасные. К взрывоопасным относятся пыли с нижним концентрационным пределом воспламенения до 65 г/м3 (пыль серы, сахара, муки), а пожароопасным - пыли с нижним пределом воспламенения выше 65 г/м3 (табачная и древесная пыль).
Пожарную опасность веществ и материалов характеризуют; и такие свойства как склонность некоторых веществ и материалов к электризации и самовозгоранию при соприкосновении с воздухом (фосфор, сернистые металлы и др.). водой (натрий, калий, карбид кальция и др.) и друг с другом (метан + хлор, азотная кислота + древесные опилки и т.д.).
Пожарная опасность негорючих веществ и материалов определяется температурой, при которой они обрабатываются, возможностью выделения искр, пламени, лучистого тепла, а также потерей несущей способности и разрушением.
Зоны и классы пожаров.
Веществ.
Особенности горения твердых и жидких горючих материалов и
План лекции
Государственное высшее учебное заведение
“НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”
Кафедра АОТ
Лекция №4
доц. Алексеенко С.А.
Часть 1. Пожарная безопасность
Тема №: Пожаровзрывоопасные свойства веществ и материалов.
(для студентов специальности 7.0903010 “Разработка месторождений и добыча полезных ископаемых”, специализация: 7.090301.05 “Охрана труда в горном производстве”).
Днепропетровск
1. Сущность процесса горения.
1. Демидов П.Г. Горение и свойства горючих веществ. М.: Изд-во Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1962.-264с.
2. Основи охорони праці: Підручник./ К.Н. Ткачук, М.О. Халімовський, В.В. Зацарний, Д.В. Зеркалов, Р.В. Сабарно, О.І. Полукаров, В.С. Козьяков, Л.О. Митюк. За ред. К.Н. Ткачука і М.О. Халімовського. – К.: Основа, 2003 – 472 с. (Пожежна безпека – С. 394-461).
3. Булгаков Ю.Ф. Тушение пожаров в угольных шахтах. – Донецк: НИИГД, 2001.- 280 с.
4. Александров С.М., Булгаков Ю.Ф., Яйло В.В. Охорона праці у вугільній промисловості: Учбовий посібник для студентів гірничих спеціальностей вищих учбових закладів /Під заг. ред. Ю.Ф. Булгакова. – Донецьк: РІА ДонНТУ, 2004. – С.3-17.
5. Рожков А.П. Пожежна безпека: Навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти України. – Київ: Пожінформтехніка, 1999.- 256 с.: іл.
6. Отраслевой стандарт ОСТ 78.2-73. Горение и пожарная опасность веществ. Терминология.
7. ГОСТ 12.1 004-91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.
8. ГОСТ 12.1.010-76. ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования
9. ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения
1. Сущность процесса горения.
Для лучшего понимания условий создания горючей среды, источников загорания, оценки и предупреждения взрывопожароопасности, а также выбора эффективных способов и средств системы пожарной безопасности необходимо иметь представление о природе процесса горения, его формах и видах.
Одним из первых химических явлений, с которым человечество познакомилось на заре своего существования, было горение.
Впервые правильное представление о процессе горения высказал русский ученый М.В. Ломоносов (1711-1765 г.г.), заложивший основы науки и установивший ряд важнейших законов современной химии и физики.
Горением называется экзотермическая реакция окисления веществ, которая сопровождается выделением дыма и возникновением пламени или излучением света.
Другими словами горение – это быстропротекающее химическое превращение веществ с выделением большого количества тепла и сопровождающееся ярким пламенем. Оно может явиться результатом окисления, т.е. соединением горючего вещества с окислителем (кислородом).
Это общее определение показывает, что им может быть не только реакция соединения, но и разложения.
Для возникновения горения необходимо одновременное наличие трех факторов: 1) горючего вещества; 2) окислителя; 3) начального теплового импульса (источника загорания) для сообщения горючей смеси горячей энергии. При этом, горючее вещество и окислитель должны находиться в необходимом соотношении один к одному и создавать таким образом горючую смесь, а источник загорания должен иметь соответствующую энергию и температуру, достаточную для начала реакции. Горючую смесь определяют термином «горючая среда». Это – среда, которая способна самостоятельно гореть после удаления источника загорания. Горючие смеси, в зависимости от соотношения горючего вещества и окислителя, делятся на бедные и богатые . В бедных смесях имеет место избыток окислителя, а у богатых – горючего вещества. Для полного загорания веществ и материалов в воздушной среде необходимо присутствие достаточного количества кислорода, чтобы обеспечить полное превращение вещества в его насыщенные окислы. При недостаточном количестве воздуха окисляется только часть горючего вещества. Остаток разлагаетсяс выделением большого количества дыма. При этом также образуются токсические вещества, среди которых наиболее распространенный продукт неполного сгорания – окись углерогда (СО), которая может привести к отравлению людей. При пожарах, как правило, горение осуществляется при недостатке кислорода, что серьезно осложняет пожаротушение вследствие ушудшения видимости или наличия токсических веществ в воздушной среде.
Следует отметить, что горение некоторых веществ (ацетилена, окиси этилена и др.), которые способны при разложении выделять большое количество тепла, возможно и при отсутствии воздуха.
2. Виды, разновидности и формы горения.
Горение может быть гомогенным и гетерогенным .
При гомогенном горении вещества, которые вступают в реакцию окисления, имеют одинаковое агрегатное состояние. Если начальные вещества находятся в разных агрегатных состояниях и существует явная граница разделения фаз в горючей системе, то такое горение называется гетерогенным.
Пожары, преимущественно, характеризуются гетерогенным горением.
Во всех случаях для горения характерны три стадии: возникновение , распространение и затухание пламени. Наиболее общими свойствами горения является способность (осередку) пламени перемещаться по всей горючей смеси путем передачи тепла или диффузии активных частей из зоны горения в свежую смесь. Отсюда возникает и механизм распространеня пламени, соответственно тепловой и диффузионный . Горение, как правило, проходит по комбинированному тепло-диффузионному механизму.
По скорости распространения пламени горение подразделяется на:
– дефлаграционное или нормальное – при этом горении скорость пламени находится в границах нескольких метров в секунду (до 10 м/с);
– взрывное – чрезвычайно быстрое химическое превращение, которое сопровождается выделением энергии и образованием сжатых газов, способных выполнять механическую работу (сотни м/с);
– детонационное – это горение распространяется со сверхзвуковой скоростью, которая достигает тысячи метров в секунду (до 5000 м/с).
Взрыв также сопровождается выделением тепла и излучением света. В то же время взрыв некоторых веществ представляет собой реакцию разложения, например:
2NCl 3 = 3Cl 2 + N 2 (1)
Взрывом называется чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, которое сопровождается выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.
Взрыв отличается от горения большой скоростью распространения огня. Так, например, скорость распространения пламени во взрывчатой смеси, находящейся в закрытой трубе – (2000 – 3000 м/с).
Сгорание смеси с такой скоростью называется детонацией. Возникновение детонации объясняется сжатием, нагревом и движением несгоревшей смеси перед фронтом пламени, приводящим к ускорению распространения пламени и возникновению в смеси ударной волны. Образующиеся при взрыве газовоздушной смеси воздушные ударные волны обладают большим запасом энергии и распространяются на значительные расстояния. Во время движения они разрушают сооружения и могут стать причиной несчастных случаев.
Горение веществ может протекать не только при соединении их с кислородом воздуха (как принято считать), но и при соединении с другими веществами. Известно, что горение многих веществ может происходить в среде хлора, серы, паров брома и т.п. Состав, агрегатное состояние и другие свойства горючих веществ (ГВ) различны, вместе с тем основные явления, протекающие при возникновении горения, одинаковы.
Горючие вещества могут быть твердыми, жидкими и газообразными .
Твердые горючие вещества , в зависимости от состава и строения, ведут себя при нагревании различно. Некоторые из них, например, каучук, сера, стеарин плавятся и испаряются. Другие же, например, древесина, бумага, каменный уголь, торф при нагревании разлагаются с образованием газообразных продуктов и твердого остатка – угля. Третьи вещества при нагревании не плавятся и не разлагаются. К ним относится антрацит, древесный уголь и кокс.
Жидкие горючие вещества при нагревании испаряются, а некоторые могут и окисляться.
Таким образом, большинство горючих веществ вне зависимости от их начального агрегатного состояния при нагревании переходят в газообразные продукты . Соприкасаясь с воздухом, они образуют горючие смеси. Горючие смеси могут образовываться также и в результате распыления твердых и жидких веществ. Когда вещество образовало с воздухом горючую смесь, оно считается подготовленным к горению. Такое состояние вещества представляет большую пожарную опасность. Она определяется тем, что для воспламенения образовавшейся смеси не требуется мощного и длительно действующего источника воспламенения, смесь быстро воспламеняется даже от искры.
Подготовленность смеси к воспламенению определяется содержанием (концентрацией) в ней паров, пыли или газообразных продуктов.
Разновидности и формы горения.
Горение характеризуется многообразием разновидностей, форм и особенностей. Различают следующие разновидности и формы горения: вспышка; воспламенение; возгорание; самовоспламенение и самовозгорание.
Вспышка – это быстрое (мгновенное) воспламенение горючей смеси под действием теплового импульса без образования сжатых газов, которое не переходит в устойчивое горение.
Воспламенение – это относительно спокойное и продолжительное горение паров и газов горючих жидкостей, которое возникает под действием источника загорания. Воспламенение – это возгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Возгорание – это горение, которое начинается без влияния (действия) источника зажигания (теплового импульса).
Самовоспламенение – это самовозгорание, которое сопровождается появлением пламени и начинается процесс воспламенения твердых, жидких и газообразных веществ, нагретых внешним источником тепла без соприкосновения с открытым огнем до определенной температуры.
Самовозгорание – это самовоспламенение, которое сопровождается появлением пламени. Это процесс самовозгорания твердых и сыпучих материалов, возникающий под действием их окисления без подвода тепла от внешних источников (каменный уголь, сульфидные руды, древесина, торф). Самовозгорание происходит в результате низкотемпературного окисления и самонагревания, обусловленного достаточным притоком к горючему веществу воздуха для окисления и недостаточным – для уноса образующегося при этом тепла.
Тление – горение без излучения света, которое, как правило, распознается по появлению дыма.
В зависимости от агрегатного состояния и особенностей горения разных горючих веществ и материалов, пожары согласно ГОСТ 27331-87 делятся на соответствующие классы и подклассы:
класс А – горение твердых веществ, которое сопровождается (подклассА1) или не сопровождается (подкласс А2) тлением;
класс В – горение жидких веществ, которые не растворяются (подкласс В1) и растворяются (подкласс В2) в воде;
класс С – горение газов;
класс D – горение легких металлов, за исключением щелосных (подкласс D1) щелочных (подкласс D2), а также металлосодержащих соединений (подкласс D3);
класс Е – горение электроустановок под напряжением.
3. Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов. Методы их определения.
Пожаровзрывоопасность веществ и материалов – это совокупность свойств, которые характеризуют их склонность к возникновению и распространению горения, особенности горения и способность поддаваться горению. По этим показателям ГОСТ 12.1.044-89 выделяет негорючие, трудногорючие и горючие материалы и вещества.
Негорючие (несгораемые) – вещества и материалы, которые неспособны к горению или обугливанию в воздухе под влиянием огня или высокой температуры. Это материалы минерального происхождения и изготовленные на их основе материалы, - красный кирпич, силикатный кирпич, бетон, асбест, минеральная вата, азбестовый цемент и другие материалы, а также большинство металлов. При этом негорючие вещества могут быть пожароопасными, например, вещества, которые выделяют горючие продукты при взаимодействии с водой. Достаточным критерием для отнесения к этой группе является неспособность материала гореть при температуре среды 900°С, к этой группе относятся естественные и искусственные органические материалы и применяемые в строительстве, металлы.
Трудногорючие (трудносгораемые) вещества и материалы, которые способны воспламеняться, тлеть или обугливаться в воздухе от источника загорания, но не способные самостоятельно гореть или обугливаться после его удаления. К ним относятся материалы, соторые содержат сгораемые и несгораемые компоненты, например древесина при глубоком пропитывании антипирогенами (бешефитом); фибролит; войлок, пропитанный глинистым раствором, некоторые полимеры и другие материалы.
Горючие (сгораемые) – вещества и материалы, которые способны самостоятельно гореть (самозагораться), а также воспламеняться, тлеть или обугливаться от источника загорания или самостоятельно гореть после его удаления.
В свою очередь, в группе горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы – это вещества и материалы, которые способны воспламеняться от кратковременного (до 30 с) действия источника загорания низкой энергии. С точки зрения пожарной безопасности решающее значение имеют показатели пожаровзрывоопасных свойств горючих веществ и материалов. ГОСТ 12.1.044-89 предусматривает свыше 20 таких показателей. Необходимый и достаточный для оценки пожаровзрывоопасности конкретного объекта перечень этих показателей зависит от агрегатного состояния вещества, вида горения (гомогенное или гетерогенное) и определяется специалистами.
Наименьшее значение температуры, при которой происходит вспышка смеси воздуха с парами горючей жидкости, называется температурой вспышки (t всп ) Степень пожарной опасности сгораемых жидкостей определяется температурой их вспышки. В соответствии с этим сгораемые жидкости разделяются на следующие классы:
1-й класс: t всп < – 13 о C;
2-й класс: t всп = – 13…28 о C
3-й класс: t всп = 29… 61°С;
4-й класс: t всп = 62…120°С;
5-й класс: t всп > 120°С;
Жидкости первых трех классов условно относятся к легковоспламеняющимся (ЛВЖ ). Характерными особенностями ЛВЖ является то, что большинство из них даже при обычных температурах в производственных помещениях, могут образовывать паровоздушные смеси с концентрациями в границах распространения пламени, т.е. взрывоопасные смеси.
К ЛВЖ относятся: бензин (t всп от - 44 до -17°С); бензол (t всп -12 о С); метиловый спирт (t всп =8 о С); этиловый спирт (t всп =13 о С); тракторный керосин (t всп =4-8 о С) и др.
Жидкости 4-го и 5-го классов относятся к горючим жидкостям (ГЖ )
К ГЖ относятся: осветительный керосин (t всп = 48-50 о С); вазелиновое масло (t всп =135 о С); трансформаторное масло (t всп =160 о С); машинное масло (t всп =170 о С) и др.
При воспламенении выделяется достаточное количество тепла для образования паров и газов горючей жидкости, обеспечивающих непрерывное пламенное горение и после воздействия теплового импульса. Наименьшее значение температуры, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет пары или газы с такой скоростью, что после их загорания от внешнего источника наблюдается вспышка – начало устойчивого горения, называется температурой воспламенения (t вспл.).
Температуры вспышки и воспламенения жидкостей очень близки, что определяет их большую пожароопасность.
Температура вспышки и воспламенения жидкостей отличается на 5-25 о С. Чем ниже температура вспышки жидкости, тем меньшей является эта разница, и, соответственно, более пожароопасная жидкость. Температура воспламенения используется при определении группы горючести веществ, при оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.
Температура самовоспламенения (t свпл) – это наименьшая температура веществ, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических объёмных реакций, что приводит к возникновению пламенного горения или взрыва при отсутствии внешненго источника пламени. Температура самовоспламенения веществ зависит от ряда факторов и изменяется в широких пределах. Наиболее значительной является зависимость температуры самовоспламенения конкретного вещества от объема и геометрической формы горючей смеси. С увеличением объёма горючей смеси при неизменной её форме температура самовоспламененя уменьшается, потому что создаются более благоприятные условия для накопления тепла в горючей смеси. При уменьшении объема горючей смеси температура её самовоспламенения повышается.
Для каждой горючей смеси существует критический объем, в котором самовоспламенение не происходит вследствие того, что площадь теплоотдачи, которая приходится на единицу объёма горючей смеси, настолько велика, что скорость теплообразования за счет реакции окисления даже при очень высоких температурах не может превышать скорость отвода тепла. Это свойство горючих смесей используется при создании преград для распространения пламени. Значение температуры самовоспламенения используется для выбора типа взрывозащитного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывоопасности технологических процессов, а также при разработке стандартов или технических условий на вещества и материалы.
Температура самовоспламенения (t свпл) горючей смеси значительно превышает температуру вспышки (t всп ) и температуру воспламенения (t вспл.) – на сотни градусов.
Согласно ГОСТ 12.1.004-91 “ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования” в зависимости от температуры вспышки жидкости делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ). ЛВЖ имеют температуру вспышки не более чем 61°С (в закрытом тигле) или 66 °С (в открытом тигле), а ГЖ – имеют температуру вспышки свыше 61°С.
ЛВЖ – это горючие вещества (материалы, смеси), способные воспламеняться от кратковременного воздействия пламени спички, искры, накаленного электропровода и тому подобных источников загорания с низкой энергией. К ним относятся практически все горючие газы (например, водороды, метан, окись углерода и т.п.), горючие жидкости с температурой вспышки не более 61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле (например, ацетон, бензин, бензол, толуол, этиловый спирт, керосин, скипидар и др.), а также все твердые вещества (материалы), которые возгораются от пламени спички или горелки, прем горение распространяется по поверхности горизонтально расположенного испытуемого образца (например, сухая древесная стружка, полистирол и др.).
Трудновоспламеняющиеся – это горючие вещества (материалы, смеси), способные воспламенятся только под воздействия мощного источника зажигания (например, поливинилхлоридная конвейерная лента, карбамидный пенопласт для герметизации поверхности горного массива в подземных выработках, гибкие электрические кабели с изоляцией из поливинилхлорида, вентиляционные трубы из виниле кожи и др.).
Пожароопасные свойства твердых веществ и материалов характеризуются склонностью к горению (возгоранию), особенностями горения, свойством поддаваться тушению теми или другими способами.
Разные по химическим составам твердые материалы и вещества горят неодинаково. Горение твердых веществ имеет многостадийный характер. Простые твердые вещества (антрацит, кокс, сажа и т.п.), которые представляют собой химически чистый углерод, разогреваются или тлеют без образования искр, пламени и дыма, поскольку нет необходимости разлагаться перед тем, как вступить в реакцию с кислородом воздуха.
Горение сложных по химическому составу твердых горючих веществ (дерево, каучук, пластмассы и т.п.) происходит в две стадии: разложение, которое не сопровождается пламенем и излучением света; горение, которое характеризуется наличием пламени или тления.